DE102004017440A1

DE102004017440A1 - Verfahren zur Behandlung von laserstrukturierten Kunststoffoberflächen

Info

Publication number: DE102004017440A1
Application number: DE102004017440A
Authority: DE
Inventors: Mark Peter Schildmann
Original assignee: Enthone Inc
Current assignee: MacDermid Enthone Inc
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-11-03
Also published as: US7578888B2; US20050224092A1; TW200613579A; EP1584708A3; KR20060046625A; EP1584708B1; JP2005303288A; EP1584708A2; CN1680621B; CN1680621A; KR100678757B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von mittels Laser zur Erzeugung von zur anschließenden Metallisierung geeigneten Keimstrukturen auf der Oberfläche strukturierten Kunststoffsubstraten. Mit der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Substrate nach der Laserstrukturierung mit einer zur Entfernung der während der Laserstrukturierung entstandenen ungewollten Ablagerungen geeigneten Prozeßlösung in Kontakt gebracht werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Behandlung der laserstrukturierten Substrate vor der Metallisierung mit einer Mischung aus Netzmitteln und die Reinigung unterstützenden Substanzen zu einer hinreichenden Entfernung der ungewollt abgelagerten Metallkeime führt, ohne die planmäßig strukturierten Leiterbahnen nachhaltig zu beschädigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von mittels Laser zur Erzeugung von zur anschließenden Metallisierung geeigneten Keimstrukturen auf der Oberfläche strukturierten Kunststoffsubstraten.
Spritzgegossene Schaltungsträger, sogenannte moulded interconnected devices (MID), werden heute in vielfältiger Weise in der Elektronikindustrie eingesetzt. Solche Schaltungsträger werden dreidimensional (3D-MID) ausgebildet.
Ziel der 3D-MID-Technologie ist es, elektrische und mechanische Funktionen in einem Bauteil zu vereinen. Die Leiterbahnen werden hierbei in das Gehäuse integriert und substituieren so die konventionellen Leiterplatten. Gewicht und Einbauraum können effektiv reduziert werden, die Integration von Sensoren und dergleichen ist vereinfacht.

Es gibt unterschiedliche Technologien zur Herstellung von 3D-MIDs. Zu diesen Technologien gehören das Zweikomponentenspritzgießen, das Heißprägen, das Folienhinterspritzen und die additive oder subtraktive Laserstrukturierung.

Die deutsche Patentanmeldung DE 101 32 092 sowie die europäische Patentanmeldung EP 1 274 288 offenbaren Verfahren zur Laserstrukturierung von Leiterbahnen. Bei diesem Verfahren werden Leiterbahnstrukturen auf einem elektrisch nicht leitenden Trägermaterial erzeugt, die aus Metallkeimen und einer nachfolgenden auf diese aufgebrachten Metallisierung bestehen, wobei die Metallkeime durch Aufbrechen von feinstverteilt in dem Trägermaterial enthaltenen elektrisch nicht leitenden Metallverbindungen durch elektromagnetische Strahlung entstanden sind. Hierbei sind die elektrisch nicht leitenden Metallverbindungen von thermisch hochstabilen, in wässrigen sauren oder alkalischen Metallisierungsbädern beständigen und nicht löslichen anorganischen Metallverbindungen gebildet, die in nicht laserbestrahlten Bereichen unverändert bleiben. Die eingesetzten anorganischen Metallverbindungen sind derart temperaturbeständig, daß sie nach Einwirkung der Löttemperatur stabil bleiben. Die Leiterbahnen sind sicher und einfach herzustellen und es wird eine sehr hohe Haftfestigkeit erzielt.

Ein Problem dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß bei der Laserstrukturierung Teile der Substratoberfläche, und somit auch Metallkeime aufgrund der Temperaturentwicklung entfernt und/oder zersetzt werden, wobei sich diese an anderen Stellen auf der Substratoberfläche niederschlagen können.

Bei einer anschließenden Metallisierung der erzeugten Leiterbahnstrukturen werden nicht nur die Leiterbahnstrukturen, sondern auch die ungewollt abgelagerten Metallkeime metallisiert.

Diese unplanmäßigen Ablagerungen können zu einer Verschlechterung der Selektivität der Leiterbahnstrukturen und somit zu Problemen durch Kurzschlüsse in den elektrischen Bauteilen führen.

Um diese Probleme zu umgehen, können die Abstände zwischen den strukturierten Leiterbahnen so groß gewählt werden, daß sich niedergeschlagene Metallkeime bei der anschließenden Metallisierung keine störenden Einflüsse ausüben. Dieser Lösungsansatz führt jedoch zu mangelhaften Schaltungsdichten und somit zu großen Nachteilen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt somit darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem die ungewollt abgelagerten Metallkeime von der Substratoberfläche vor einer Metallisierung entfernt werden können, ohne die bereits planmäßig strukturierten Leiterbahnen nachhaltig zu beschädigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Behandlung von mittels Laser zur Erzeugung von zur anschließenden Metallisierung geeigneten Keimstrukturen auf der Oberfläche strukturierten Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate nach der Laserstrukturierung mit einer zur Entfernung der während der Laserstrukturierung entstandenen ungewollten Ablagerungen geeigneten Prozeßlösung in Kontakt gebracht werden.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Behandlung der laserstrukturierten Substrate vor der Metallisierung mit einer Mischung aus Netzmitteln und die Reinigung unterstützenden Stoffen zu einer hinreichenden Entfernung der ungewollt abgelagerten Metallkeime führte, ohne die planmäßig strukturierten Leiterbahnen nachhaltig zu beschädigen. Es handelt sich vorzugsweise um in neutralen, sauren und alkalischen Reinigern enthaltene Substanzmischungen (sogenannte builder).

Vergleichsversuche haben gezeigt, daß sowohl alkalische Substanzen wie z. B. Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Pentanatriumtriphosphat, Tetranatriumdiphosphat, Natriumgluconat, Natriummetasilikat, Natriumhydrogencarbonat, Trinatriumcitrat, Tetranatriumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat und entsprechende Kaliumsalze, als auch sauer reagierende Substanzen wie z. B. Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Methansulfonsäure, Citronensäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Amidoschwefelsäure, Malonsäure; Methansäure, Ethansäure, Propansäure, n-Butansäure, n-Pentansäure, n-Hexansäure, Oxalsäure, Natriumhydrogensulfat, Kaliumhydrogensulfat, Borfluorwasserstoffsäure geeignet sind, die ungewollt abgelagerten Metallkeime von der Oberfläche des Substrates zu lösen. Neutrale geeignete Substanzen sind z. B. Kaliumsulfat, Natriumsulfat usw.

Unterstützt wird dieser Ablösungsprozeß durch geeignete Netzmittel.

Als geeignete Netzmittel erwiesen sich anionische Netzmittel, kationische Netzmittel, amphotere Netzmittel und nichtionische Netzmittel. Diese können beispielsweise eine oder mehrere der im Folgenden aufgezählten Substanzen bzw. ein oder mehrere Vertreter der im Folgenden aufgezählten Substanzgruppen sein:
Ölsäureethoxylat, Fettalkoholethoxylat, Alkylphenolethoxylat, saurer Phosphorsäureester, Alkylphenolethersulfat und deren Natrium-Salz, Fettsäurekondensationsprodukt und deren Natrium-Salz, Alkylbenzolsulfonat, Alkanolaminsalz, Alkansulfonat und deren Natrium-Salz, Fettaminethoxylat, Fettalkoholalkoxylat, Propylenoxid-Ethylenoxid-Blockpolymerisat, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockpolymerisat, Dimethylfettalkylbenzylammoniumchlorid, Alkylpolyethylenglycolether, Alkylglucoside, Oxoalkohole, Kokosfettsäurediethanolamid, Ölsäurediethanolamid, Natriumlaurylsulfat, Natriumlaurylsulfosuccinat, lineare Alkylbenzolsulfonsäure, Alkylbenzolsulfonate, Alkansulfonate, Fettalkoholsulfate, Fettalkoholethersulfate, Olefinsulfonate, Estersulfonate, Alkylphosphate, Alkyletherphosphate, Fettalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate, Fettaminethoxylate, Fettsäureethoxylate, Fettsäureesterethoxylate, sonstige Alkoxylate, Alkanolamide, Zuckertenside, Aminoxide, Fluortenside, Alkalisalze von Fettsäuren.

Darüber hinaus ist der Einsatz von Ultraschallfeldern während des Inkontaktbringens der Substrate mit einer aus die Reinigung unterstützenden Stoffen und Netzmitteln bestehenden Prozeßlösung von besonderem Vorteil und führt zu einer Verbesserung des Reinigungsresultates.

Weiterhin wird mit Vorteil vorgeschlagen, durch die aufeinanderfolgende Anwendung von alkalischen Reinigungsprozeßlösungen und sauren Reinigungsprozeßlösungen in beliebiger Reihenfolge die Reinigungsergebnisse zu verbessern. Auch von Vorteil ist die ausschließliche Anwendung neutraler Reinigungsprozeßlösungen.

Die nachfolgend aufgeführten Beispiele stehen exemplarisch für das erfindungsgemäße Verfahren, welches sich jedoch nicht auf diese beschränken läßt.

Beispiel 1:
Behandlung eines laserstrukturierten Substrates für 5 Minuten bei einer Temperatur von 80° mit einer Lösung bestehend aus Wasser, Phosphorsäure, einem nicht-ionischen Tensid auf Polyoxyethylenbasis und einem amphoteren Tensid auf Polyoxyethylenbasis.
Beispiel 2:
Behandlung eines laserstrukturierten Substrates für 5 Minuten bei einer Temperatur von 70° C mit einer Prozeßlösung bestehend aus Wasser, Kaliumhydroxid und einem Alkylpolyglucosid.
Beispiel 3:
Behandlung eines laserstrukturierten Substrates mit einer Prozeßlösung gemäß Beispiel 1, jedoch unter zusätzlichem Einsatz eines Ultraschallfeldes.
Beispiel 4:
Behandlung eines laserstrukturierten Substrates mit einer Prozeßlösung gemäß Beispiel 2, jedoch unter zusätzlicher Verwendung eines Ultraschallfeldes.

Claims

Verfahren zur Behandlung von mittels Laser zur Erzeugung von zur anschließenden Metallisierung geeigneten Keimstrukturen auf der Oberfläche strukturierten Kunststoffsubstraten, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate nach der Laserstrukturierung mit einer zur Entfernung der während der Laserstrukturierung entstandenen Ablagerungen geeigneten Prozeßlösung in Kontakt gebracht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßlösung eine Mischung aus Netzmitteln und die Reinigung unterstützenden Stoffen eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Entfernung die laserstrukturierten Substrate während des Inkontaktbringens mit der Prozeßflüssigkeit einem Ultraschallfeld ausgesetzt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als die Reinigung unterstützende Stoffe saure Substanzen eingesetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als saurer, die Reinigung unterstützender Stoff Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Methansulfonsäure, Citronensäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Amidoschwefelsäure, Malonsäure, Methansäure, Ethansäure, Propansäure, n-Butansäure, n-Pentansäure, n-Hexansäure, Oxasäure, Natriumhydrogensulfat, Kaliumhydrogensulfat, Borfluorwasserstoffsäure oder eine Mischung dieser eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als die Reinigung unterstützende Stoffe alkalische Substanzen eingesetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalischer, die Reinigung unterstützender Stoff Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Pentanatriumtriphosphat, Tetranatrium-diphosphat, Natriumgluconat, Natriummetasilikat, Natriumhydrogencarbonat, Trinatriumcitrat, Tetranatriumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat und entsprechende Kaliumsalze oder eine Mischung dieser eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Netzmittel mindestens ein Netzmittel der Gruppe bestehend aus Ölsäureethoxylat, Fettalkoholethoxylat, Alkylphenolethoxylat, saurer Phosphorsäureester, Alkylphenolethersulfat und deren Natrium-Salz, Fettsäurekondensationsprodukt und deren Natrium-Salz, Alkylbenzolsulfonat, Alkanolaminsalz, Alkansulfonat und deren Natrium-Salz, Fettaminethoxylat, Fettalkoholalkoxylat, Propylenoxid-Ethylenoxid-Blockpolymerisat, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockpolymerisat, Dimethylfettalkylbenzylammoniumchlorid, Alkylpolyethylenglycolether, Alkylglucoside, Oxoalkohole, Kokosfettsäurediethanolamid, Ölsäurediethanolamid, Natriumlaurylsulfat, Natriumlaurylsulfosuccinat, lineare Alkylbenzolsulfonsäure, Alkylbenzolsulfonate, Alkansulfonate, Fettalkoholsulfate, Fettalkoholethersulfate, Olefinsulfonate, Estersulfonate, Alkylphosphate, Alkyletherphosphate, Fettalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate, Fettaminethoxylate, Fettsäureethoxylate, Fettsäureester-ethoxylate, sonstige Alkoxylate, Alkanolamide, Zuckertenside, Aminoxide, Fluortenside, Alkalisalze von Fettsäuren oder eine Mischung dieser eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrukturierten Substrate nacheinander mit einer alkalischen und einer sauren Prozeßlösung oder umgekehrt in Kontakt gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die laserstrukturierten Substrate ausschließlich mit neutralen Prozeßlösungen in Kontakt gebracht werden.